JP2003173757A - Ion beam irradiation device - Google Patents

Ion beam irradiation device

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JP2003173757A
JP2003173757A JP2001370167A JP2001370167A JP2003173757A JP 2003173757 A JP2003173757 A JP 2003173757A JP 2001370167 A JP2001370167 A JP 2001370167A JP 2001370167 A JP2001370167 A JP 2001370167A JP 2003173757 A JP2003173757 A JP 2003173757A
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high frequency
ion beam
substrate
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Shigeaki Hamamoto
成顕 濱本
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Nissin Electric Co Ltd
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Nissin Electric Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the electron energy in a plasma while a plasma is emitted in a high frequency discharge plasma generating device, and thereby, further minimize the charged voltage of the substrate. <P>SOLUTION: This ion beam irradiation device comprises a plasma generating device 20 which, by generating a plasma 12 by high frequency discharge, supplies it in the vicinity of the upstream side of the substrate 4 and contains charging on the substrate surface resulting from irradiation of the ion beam 2. And the high frequency power source that supplies a high frequency power for generating a plasma to this plasma generating device 20 is made the high frequency power source 16a that outputs high frequency power 18 in the state in which amplitude modulation is applied on the original high frequency signal. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、基板にイオンビ
ームを照射してイオン注入等の処理を施すイオンビーム
照射装置に関し、より具体的には、イオンビーム照射の
際の基板の帯電(チャージアップ)を抑制する手段の改
良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion beam irradiation apparatus for irradiating a substrate with an ion beam to perform processing such as ion implantation, and more specifically, charging (charge-up) of a substrate during irradiation of the ion beam. ) To the improvement of the means to suppress.

【0002】[0002]

【従来の技術】イオンビーム照射の際の基板の帯電を抑
制する手段の一つとして、プラズマ発生装置から放出さ
せたプラズマを基板の近傍に供給して、当該プラズマ中
の電子を、イオンビーム照射に伴う正電荷の中和に用い
る技術が従来から提案されている。この技術は、フィラ
メントから放出させた1次電子やそれを物体に当てて放
出される2次電子を用いる技術に比べて、低エネルギー
の電子を基板に供給することができるので、基板の負帯
電を小さくすることができるという利点を有している。
2. Description of the Related Art As one of means for suppressing charging of a substrate during ion beam irradiation, plasma emitted from a plasma generator is supplied to the vicinity of the substrate so that electrons in the plasma are irradiated with the ion beam. Conventionally, a technique used for neutralizing the positive charge associated with is proposed. This technique can supply low-energy electrons to the substrate as compared with the technique that uses primary electrons emitted from the filament and secondary electrons emitted by hitting it on an object, and thus negatively charges the substrate. Has the advantage of being small.

【0003】このようなプラズマ発生装置の一つに、プ
ラズマ生成に高周波放電を用いる高周波放電型のものが
ある。この技術は、フィラメントを用いて放電を生じさ
せるタイプに比べて、(a)寿命が長い、(b)ガス圧
を低くして運転することができるため処理室内の真空度
低下が少ない、等の利点を有している。
One of such plasma generators is a high frequency discharge type which uses high frequency discharge for plasma generation. Compared to the type that uses a filament to generate an electric discharge, this technique has a longer life, and (b) a lower gas pressure reduces the degree of vacuum in the processing chamber. Have advantages.

【0004】このような高周波放電型のプラズマ発生装
置を備えるイオンビーム照射装置の従来例を図9に示
す。
FIG. 9 shows a conventional example of an ion beam irradiation apparatus provided with such a high frequency discharge type plasma generator.

【0005】このイオンビーム照射装置は、図示しない
イオン源から引き出され、かつ必要に応じて質量分離、
加速等の行われたスポット状のイオンビーム2を、真空
容器(処理室容器)8内において、電界または磁界によ
って一定方向X(この図では表面の表裏方向であって、
これは例えば水平方向。以下同じ)に往復走査しなが
ら、ホルダ6に保持された基板(例えば半導体基板)4
に照射して、当該基板4にイオン注入等の処理を施すよ
う構成されている。
This ion beam irradiation apparatus is drawn out from an ion source (not shown) and, if necessary, mass separation,
In the vacuum container (processing chamber container) 8, the spot-shaped ion beam 2 subjected to acceleration or the like is subjected to an electric field or magnetic field in a fixed direction X (in this figure, the front and back directions of the surface,
This is horizontal, for example. The substrate (for example, semiconductor substrate) 4 held by the holder 6 while reciprocally scanning
And the substrate 4 is subjected to a treatment such as ion implantation.

【0006】基板4およびホルダ6は、ホルダ駆動装置
10によって、前記X方向と実質的に直交するY方向
(例えば垂直方向。以下同じ)に機械的に往復走査され
る。これと、イオンビーム2の前記走査との協働(ハイ
ブリッドスキャン)によって、基板4の全面に均一にイ
オンビーム照射が行われるようにしている。
The substrate 4 and the holder 6 are mechanically reciprocally scanned by a holder driving device 10 in a Y direction (for example, a vertical direction; the same applies hereinafter) substantially orthogonal to the X direction. By this and the above-mentioned scanning of the ion beam 2 (hybrid scanning), the entire surface of the substrate 4 is uniformly irradiated with the ion beam.

【0007】上記基板4の上流側近傍には、プラズマ1
2を発生させてそれを基板4の上流側近傍に供給して、
イオンビーム2の照射に伴う基板4の表面の帯電を抑制
する高周波放電型のプラズマ発生装置20が設けられて
いる。プラズマ発生装置20は、基板4の上流側近傍に
位置する真空容器8の外部に、この例では絶縁物30を
介して取り付けている。
Plasma 1 is formed near the upstream side of the substrate 4.
2 is generated and supplied to the vicinity of the upstream side of the substrate 4,
A high frequency discharge type plasma generator 20 is provided which suppresses the charging of the surface of the substrate 4 due to the irradiation of the ion beam 2. The plasma generator 20 is attached to the outside of the vacuum container 8 located near the upstream side of the substrate 4 via an insulator 30 in this example.

【0008】このプラズマ発生装置20は、筒形のプラ
ズマ生成容器22を有しており、その中に導入されたガ
ス(例えばキセノンガス)14を、アンテナ28から放
射される高周波電力18による高周波放電によって電離
させてプラズマ12を生成し、それをプラズマ放出口2
4から放出する構造をしている。プラズマ生成容器22
内には、その外部に設けた磁気コイル26から、プラズ
マ放出口24の中心を通る軸23に沿う方向に、プラズ
マ12の生成および維持用の磁界が印加される。
This plasma generator 20 has a cylindrical plasma generation container 22, and a gas (for example, xenon gas) 14 introduced therein is high-frequency discharged by a high-frequency power 18 emitted from an antenna 28. To generate plasma 12 which is emitted by the plasma emission port 2
It has a structure to release from 4. Plasma generation container 22
A magnetic field for generating and maintaining the plasma 12 is applied to the inside from a magnetic coil 26 provided outside thereof in a direction along an axis 23 passing through the center of the plasma emission port 24.

【0009】アンテナ28には、高周波電源16から整
合回路19を介して高周波電力18が供給される。この
高周波電源16から出力される高周波電力18は、従来
は、通常の正弦波、即ち一定振幅で連続した正弦波であ
り、その周波数は例えば2.45GHzまたは13.5
6MHzである。
The antenna 28 is supplied with high frequency power 18 from the high frequency power supply 16 through a matching circuit 19. Conventionally, the high frequency power 18 output from the high frequency power source 16 is a normal sine wave, that is, a sine wave continuous with a constant amplitude, and its frequency is, for example, 2.45 GHz or 13.5.
6 MHz.

【0010】基板4にイオンビーム2を照射すると、そ
のままでは、イオンビーム2の正電荷によって、基板4
の表面が正に帯電する。特に、当該表面が絶縁物の場合
は帯電しやすい。このイオンビーム照射の際に上記のよ
うにして基板4の近傍にプラズマ12を供給すると、当
該プラズマ12中の電子が、正に帯電している基板表面
に引き込まれて正電荷を中和する。原理的には、正電荷
が中和されれば、基板4への電子の引き込みは自動的に
止まる。このようにして、イオンビーム照射に伴う基板
表面の正帯電を抑制することができる。
When the substrate 4 is irradiated with the ion beam 2, the substrate 4 is left as it is due to the positive charge of the ion beam 2.
Surface is positively charged. In particular, when the surface is an insulator, it is easily charged. When the plasma 12 is supplied to the vicinity of the substrate 4 during the ion beam irradiation as described above, the electrons in the plasma 12 are attracted to the positively charged substrate surface and neutralize the positive charge. In principle, when the positive charge is neutralized, the electron attraction to the substrate 4 automatically stops. In this way, positive charging of the substrate surface due to ion beam irradiation can be suppressed.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】イオンビーム照射に伴
う正電荷の中和の原理は上記のとおりであるけれども、
実際には、次のような理由によって、基板表面が正また
は負に帯電することが起こる。
Although the principle of neutralization of positive charges associated with ion beam irradiation is as described above,
In reality, the substrate surface may be positively or negatively charged for the following reasons.

【0012】(1)イオンビーム2が基板4に当たって
いるとき このときは、イオンビーム2による正電荷と、イオンビ
ーム照射に伴う基板4からの2次電子放出とによって、
基板表面に正の帯電が起こるけれども、プラズマ発生装
置20から発生したプラズマ12中の電子によって、例
えば当該電子がビームプラズマ(イオンビーム2は実際
は、イオンだけから成るのではなく、周囲から電子を取
り込む等してプラズマ状態になっており、それを言う)
に取り込まれて基板4の方へ移動して、正電荷を中和し
て帯電を緩和する。この緩和度は、プラズマ発生装置2
0からのプラズマ12中の電子密度および電子エネルギ
ーによって決まり、一般的に前者が大きく、後者が低い
ほど緩和度は大きい。電子のエネルギーが低いほど、プ
ラズマ発生装置20からのプラズマ12からビームプラ
ズマに電子が取り込まれやすいからである。
(1) When the ion beam 2 strikes the substrate 4 At this time, due to the positive charge by the ion beam 2 and the secondary electron emission from the substrate 4 due to the irradiation of the ion beam,
Although the surface of the substrate is positively charged, the electrons in the plasma 12 generated by the plasma generator 20 cause the electrons to be, for example, a beam plasma (the ion beam 2 does not actually consist of only ions, but takes in electrons from the surroundings). It is in a plasma state by doing the same, and say that)
Are taken into the substrate 4 and move toward the substrate 4 to neutralize the positive charge and alleviate the charge. This degree of relaxation depends on the plasma generator 2
It depends on the electron density and the electron energy in the plasma 12 from 0, and generally, the former is larger and the latter is smaller, the relaxation degree is larger. This is because the lower the energy of the electrons, the easier the electrons are taken into the beam plasma from the plasma 12 from the plasma generator 20.

【0013】(2)イオンビーム2が基板4に当たって
いないとき イオンビーム2は通常、基板4よりも外側まで走査(オ
ーバースキャン)される。また、基板4も前述したよう
にY方向に走査される。従って、プラズマ発生装置20
からプラズマ12を放出している際に、イオンビーム2
が基板4に当たっていないときがある。このときは、基
板4はプラズマ発生装置20から放出されるプラズマ1
2に曝されることになる。このときの基板表面の帯電電
圧は、プラズマ12中の電子量とイオン量とのバランス
および電子のエネルギーによって決まる。一般的に電子
の方が軽くて移動度が大きいので、このときの帯電電圧
は負になる。例えば、基板4の近傍にイオンが殆ど無け
れば、帯電電圧はプラズマ12中の電子の最大エネルギ
ーに相当する電圧まで上昇する。
(2) When the ion beam 2 does not hit the substrate 4, the ion beam 2 is normally scanned to the outside of the substrate 4 (overscan). The substrate 4 is also scanned in the Y direction as described above. Therefore, the plasma generator 20
While the plasma 12 is being emitted from the ion beam 2
May not hit the substrate 4. At this time, the substrate 4 is the plasma 1 emitted from the plasma generator 20.
Will be exposed to 2. The charging voltage of the substrate surface at this time is determined by the balance between the amount of electrons and the amount of ions in the plasma 12 and the energy of the electrons. Since electrons are generally lighter and have higher mobility, the charging voltage at this time becomes negative. For example, when there are almost no ions near the substrate 4, the charging voltage rises to a voltage corresponding to the maximum energy of electrons in the plasma 12.

【0014】以上から分かるように、基板4の正または
負の帯電電圧を小さくするためには、特に負の帯電電圧
を小さくするためには、プラズマ12中の電子エネルギ
ーの低下が必要である。
As can be seen from the above, in order to reduce the positive or negative charging voltage of the substrate 4, in particular, to reduce the negative charging voltage, it is necessary to reduce the electron energy in the plasma 12.

【0015】高周波放電型のプラズマ発生装置20によ
れば、上記のように、フィラメントから放出させた1次
電子やそれを物体に当てて放出される2次電子を用いる
技術に比べれば、低エネルギーの電子を供給することが
できるけれども、近年は半導体デバイスの微細化が進ん
でいでイオン注入の際の帯電電圧をより小さく抑えなけ
ればならない傾向にあり、これに応えるには上記のよう
な従来の技術では必ずしも十分ではない。
According to the high frequency discharge type plasma generator 20, as compared with the technique using the primary electron emitted from the filament or the secondary electron emitted by hitting the primary electron on the object as described above, the energy consumption is lower. However, in recent years, semiconductor devices have been miniaturized and it is necessary to suppress the charging voltage during ion implantation to a smaller level. Technology is not always enough.

【0016】即ち、高周波放電型のプラズマ発生装置2
0といえども、プラズマ生成時の高周波電界によって電
子が強く加速されやすいので、高いエネルギーの電子が
生成されやすい。高周波放電の一形態であるECR(電
子サイクロトロン共鳴)放電を利用する場合は、プラズ
マ密度を高める上では有利であるけれども、電子サイク
ロトロン共鳴によって電子がより加速されるので、より
高エネルギーの電子が生成されやすい。従って、基板表
面の負の帯電電圧が大きくなりやすい。
That is, the high frequency discharge type plasma generator 2
Even if it is zero, electrons are easily accelerated by the high-frequency electric field at the time of plasma generation, so that electrons with high energy are easily generated. When an ECR (electron cyclotron resonance) discharge, which is a form of high-frequency discharge, is used to increase the plasma density, the electron cyclotron resonance accelerates the electrons, resulting in the generation of higher energy electrons. Easy to be affected. Therefore, the negative charging voltage on the substrate surface tends to increase.

【0017】この場合、プラズマ発生装置20に供給す
る高周波電力18のパワーを小さく絞れば、プラズマ1
2中の電子エネルギーは低下するけれども、プラズマ1
2の密度が低下し、ひいてはプラズマ12が消えるの
で、単に高周波電力18のパワーを小さく絞るだけで
は、基板4の帯電を効果的に抑制することはできない。
In this case, if the power of the high frequency power 18 supplied to the plasma generator 20 is narrowed down, the plasma 1
Although the electron energy in 2 decreases, plasma 1
Since the density of No. 2 decreases and the plasma 12 disappears, it is not possible to effectively suppress the charging of the substrate 4 simply by reducing the power of the high frequency power 18.

【0018】そこでこの発明は、高周波放電型のプラズ
マ発生装置においてプラズマを点灯させたままで、当該
プラズマ中の電子エネルギーを低下させることができ、
ひいては基板の帯電電圧をより小さくすることができる
イオンビーム照射装置を提供することを主たる目的とす
る。
Therefore, according to the present invention, the electron energy in the plasma can be reduced while the plasma is kept on in the high frequency discharge type plasma generator.
It is a main object of the present invention to provide an ion beam irradiation device that can further reduce the charging voltage of the substrate.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】この発明に係る第1のイ
オンビーム照射装置は、前述したような高周波放電型の
プラズマ発生装置に高周波電力を供給する高周波電源
を、元になる高周波信号に振幅変調をかけた状態の高周
波電力を出力する高周波電源としたことを特徴としてい
る。
In a first ion beam irradiation apparatus according to the present invention, a high-frequency power supply for supplying high-frequency power to a high-frequency discharge type plasma generator as described above is used as an original high-frequency signal. It is characterized in that it is a high frequency power source that outputs high frequency power in a modulated state.

【0020】高周波放電型のプラズマ発生装置において
は、高周波電力によってプラズマ中の電子が加速される
が、その加速度は、プラズマに加えられる高周波電界の
強さ、即ち高周波電力の強さ(パワー)によって決ま
る。但し実際には、電子はプラズマ中の中性粒子(プラ
ズマ発生装置に導入されるガス)と衝突しながら生成、
加速、減速および消滅を繰り返すので、従来のように高
周波電力の強さを一定にして投入する連続波モードにお
いても、電子が無限に加速されるのではなく、ある一定
のエネルギー分布を持つようになる。
In the high frequency discharge type plasma generator, the electrons in the plasma are accelerated by the high frequency power. The acceleration depends on the strength of the high frequency electric field applied to the plasma, that is, the strength of the high frequency power. Decided. However, in reality, electrons are generated while colliding with neutral particles in the plasma (gas introduced into the plasma generator),
Since acceleration, deceleration, and annihilation are repeated, the electrons are not accelerated indefinitely, but have a certain energy distribution even in the continuous wave mode in which the intensity of the high-frequency power is constant as in the conventional case. Become.

【0021】一方、プラズマ中の電子が高エネルギーに
まで加速される前に高周波電力の強さを0付近まで下げ
れば、電子はそれ以上は加速されないことになる。即
ち、高周波電力を、パワーの高い状態と0付近の状態と
で繰り返すことによって、連続波モードに比べて低い電
子エネルギー分布を持つようになる。
On the other hand, if the intensity of the high frequency power is reduced to near 0 before the electrons in the plasma are accelerated to high energy, the electrons will not be accelerated any further. That is, by repeating the high frequency power in the high power state and the state near 0, the electron energy distribution becomes lower than that in the continuous wave mode.

【0022】この場合、高周波電力の強さを瞬間的に0
付近に変化(低下)させると、プラズマが消える懸念が
あったが、実際にはプラズマはすぐには消えないことが
本願の発明者によって確かめられた。
In this case, the strength of the high frequency power is instantaneously reduced to 0.
It was confirmed by the inventor of the present application that plasma is not extinguished immediately when it is changed (decreased) to the vicinity, but the plasma does not disappear immediately.

【0023】例えば、高周波電力の周波数が2.45G
Hz、出力が100W、導入キセノンガス流量が0.2
ccmの条件で高周波電力をオン、オフした場合のプラ
ズマ発生装置から放出される電子量を測定したところ、
高周波電力をオンして約60μs後にプラズマが定常状
態に達し、高周波電力をオフした後は約30μsの時間
をかけてプラズマが減衰して消滅することが確かめられ
た。
For example, the frequency of the high frequency power is 2.45G.
Hz, output 100 W, introduced xenon gas flow rate 0.2
When the amount of electrons emitted from the plasma generator when the high frequency power was turned on and off under the condition of ccm was measured,
It was confirmed that the plasma reached a steady state about 60 μs after the high frequency power was turned on, and the plasma decayed and disappeared over a period of about 30 μs after the high frequency power was turned off.

【0024】この結果から、プラズマ発生装置に供給す
る高周波電力の強さを、相対的にパワーの高い状態と相
対的にパワーの低い(例えば0付近の)状態との間で所
定の周期で繰り返すことによって、プラズマを点灯させ
たままで当該プラズマ中の電子エネルギーを低下させる
ことができることを本願の発明者は見出した。この電子
エネルギーの低下によって、基板の帯電電圧をより小さ
くすることができる。
From this result, the strength of the high frequency power supplied to the plasma generator is repeated at a predetermined cycle between a relatively high power state and a relatively low power state (for example, near 0). Thus, the inventor of the present application has found that the electron energy in the plasma can be reduced while the plasma is turned on. Due to this decrease in electron energy, the charging voltage of the substrate can be made smaller.

【0025】上記のように高周波電力の強さを変化させ
ることを、この発明では、元になる高周波信号に振幅変
調をかけた状態の、即ち変調波モードの高周波電力を出
力する高周波電源を用いることによって実現することが
できる。
To change the strength of the high-frequency power as described above, the present invention uses a high-frequency power source that outputs high-frequency power in the modulated wave mode in which the original high-frequency signal is amplitude-modulated. Can be realized by

【0026】この発明に係る第2のイオンビーム照射装
置は、前述したような高周波放電型のプラズマ発生装置
に高周波電力を供給する高周波電源を、一定振幅の高周
波電力を出力する連続波モードと、元になる高周波信号
に振幅変調をかけた状態の高周波電力を出力する変調波
モードとに切り換え可能な高周波電源とし、かつ当該高
周波電源のモードを、前記プラズマ発生装置におけるプ
ラズマの点火時は前記連続波モードにし、同プラズマの
点火後は前記変調波モードに切り換える制御を行う制御
装置を備えていることを特徴としている。
A second ion beam irradiation apparatus according to the present invention comprises a high frequency power source for supplying high frequency power to the high frequency discharge type plasma generator as described above, and a continuous wave mode for outputting high frequency power of constant amplitude. A high frequency power source capable of switching to a modulation wave mode for outputting high frequency power in a state where amplitude modulation is applied to an original high frequency signal, and the mode of the high frequency power source is set to the continuous mode when plasma is ignited in the plasma generator. It is characterized in that a control device is provided for controlling the wave mode and switching to the modulated wave mode after ignition of the plasma.

【0027】前記のような変調波モードでも、プラズマ
発生装置においてプラズマを点火することはできるけれ
ども、プラズマ点火時は、連続波モードの方が、プラズ
マ密度の低下期間がないので、プラズマをより容易にか
つ確実に点火することができる。
Even in the modulated wave mode as described above, plasma can be ignited in the plasma generator, but during plasma ignition, continuous wave mode does not have a period in which the plasma density lowers, so that the plasma can be more easily ignited. The ignition can be performed reliably.

【0028】従って、上記第2のイオンビーム照射装置
のように、モード切り換えを行う構成を採用しておくこ
とによって、プラズマ発生装置におけるプラズマの点火
がより容易かつ確実になる。しかも、プラズマ点火後
は、プラズマを点灯させたままで当該プラズマ中の電子
エネルギーを低下させることができるので、上記第1の
イオンビーム照射装置と同様の作用効果を奏することが
できる。
Therefore, by adopting the structure for mode switching as in the second ion beam irradiation apparatus, the ignition of the plasma in the plasma generation apparatus becomes easier and more reliable. Moreover, after plasma ignition, the electron energy in the plasma can be reduced while the plasma is still lit, so that the same effect as the first ion beam irradiation apparatus can be obtained.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】図1は、この発明に係るイオンビ
ーム照射装置の一例を示す側面図である。図2は、図1
の線C−Cに沿う断面図である。図9に示した従来例と
同一または相当する部分には同一符号を付し、以下にお
いては当該従来例との相違点を主に説明する。
1 is a side view showing an example of an ion beam irradiation apparatus according to the present invention. 2 is shown in FIG.
It is sectional drawing which follows the line CC of FIG. The same or corresponding parts as those of the conventional example shown in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals, and the differences from the conventional example will be mainly described below.

【0030】まず、プラズマ発生装置20の構造を説明
すると、この例では、プラズマ生成容器22は、イオン
ビーム2の前記走査方向Xに沿う方向を軸23として当
該軸23に沿って長く延びた筒形をしている。このプラ
ズマ生成容器22の両端部に、前記ガス14を導入する
ガス導入管40および前記アンテナ28をそれぞれ取り
付けている。プラズマ放出口24は、上記軸23に沿っ
て長く延びている。このような構造によって、プラズマ
生成容器22内でイオンビームの走査方向Xに長い幅広
のプラズマ12を生成し、かつそのように長い幅広のプ
ラズマ12をプラズマ放出口24から放出することがで
きるので、イオンビーム2がX方向に走査されていて
も、この走査されているイオンビーム2付近にプラズマ
12を万遍なく供給することができる。その結果、基板
4の表面において万遍なく帯電を抑制することができ、
帯電電圧の大きい箇所の発生を抑制することができる。
First, the structure of the plasma generator 20 will be described. In this example, the plasma generating container 22 has a cylinder extending in the direction of the ion beam 2 along the scanning direction X with the axis 23 as a long tube. It has a shape. A gas introduction pipe 40 for introducing the gas 14 and the antenna 28 are attached to both ends of the plasma generation container 22, respectively. The plasma emission port 24 extends long along the shaft 23. With such a structure, it is possible to generate the plasma 12 having a long width in the scanning direction X of the ion beam in the plasma generation container 22 and to discharge the plasma 12 having such a long width from the plasma emission port 24. Even if the ion beam 2 is scanned in the X direction, the plasma 12 can be uniformly supplied to the vicinity of the scanned ion beam 2. As a result, it is possible to uniformly suppress the charging on the surface of the substrate 4,
It is possible to suppress the generation of a portion having a large charging voltage.

【0031】プラズマ生成容器22の外部には、前記軸
23に沿う方向の磁界38を発生させる1以上の磁石3
6を設けている。この磁石36は、典型的には永久磁石
である。この磁界38によって、プラズマ発生装置20
から放出されるプラズマ12中のイオンを基板側へ曲げ
て基板4に導いて、基板4に供給されるイオンの量を増
やすことができるので、上記のようにイオンビーム2が
基板4に当たっていない状態が起こり得る状態で使用さ
れることがあっても、プラズマ発生装置20から放出さ
れるプラズマ12中の電子による負帯電を同プラズマ1
2中のイオンによってうまく中和することができる。そ
の結果、基板表面の帯電を小さく抑えて、基板表面の帯
電電圧を小さくする効果をより高めることができる。
Outside the plasma generating container 22, one or more magnets 3 for generating a magnetic field 38 in the direction along the axis 23.
6 is provided. The magnet 36 is typically a permanent magnet. By this magnetic field 38, the plasma generator 20
Since the ions in the plasma 12 emitted from the substrate 12 are bent toward the substrate and guided to the substrate 4 to increase the amount of ions supplied to the substrate 4, the ion beam 2 does not hit the substrate 4 as described above. However, even if the plasma 1 is used in a state where it may occur, negative charge due to electrons in the plasma 12 emitted from the plasma generator 20 is generated.
It can be successfully neutralized by the ions in 2. As a result, the effect of reducing the charging voltage on the substrate surface can be further enhanced by suppressing the charging on the substrate surface.

【0032】磁石36が作る磁界によって、プラズマ生
成容器22内でECR条件を成立させても良く、この例
では当該条件を成立させるようにしている。例えば、高
周波電力18の基本波周波数が2.45GHzの場合、
プラズマ生成容器22内に875×10-4テスラの磁界
を発生させれば、ECR条件が成立するので、ECR放
電を起こすことができる。これによって、プラズマ12
の生成効率をより高めることができる。
The ECR condition may be satisfied in the plasma generating container 22 by the magnetic field generated by the magnet 36, and this condition is satisfied in this example. For example, when the fundamental frequency of the high frequency power 18 is 2.45 GHz,
If a magnetic field of 875 × 10 −4 Tesla is generated in the plasma generation container 22, the ECR condition is satisfied, so that the ECR discharge can be generated. As a result, the plasma 12
It is possible to further improve the production efficiency of.

【0033】次に、高周波電源について説明すると、こ
の例では、図9で説明した従来の通常の高周波電源16
の代わりに、元になる高周波信号に振幅変調をかけた状
態の高周波電力18を出力し、それを整合回路19を介
してプラズマ発生装置20(より具体的にはそのアンテ
ナ28)に供給する高周波電源16aを備えている。
Next, the high frequency power source will be described. In this example, the conventional normal high frequency power source 16 described in FIG. 9 is used.
Instead of high frequency, the high frequency power 18 in the state where the original high frequency signal is amplitude-modulated is output and supplied to the plasma generator 20 (more specifically, its antenna 28) through the matching circuit 19. The power supply 16a is provided.

【0034】この高周波電源16aの構成の一例を図3
に示す。この高周波電源16aは、元となる高周波信号
(これは搬送波とも呼ばれる)53を発生する高周波発
振器52と、この高周波信号53に振幅変調をかけて高
周波信号55を出力する変調器54と、この変調器54
に変調用の変調信号59を供給する変調信号発生器58
と、変調器54から出力される高周波信号55を所要の
出力(パワー)に増幅して前記高周波電力18を出力す
る高周波増幅器56とを備えている。高周波発振器52
から出力される高周波信号53の周波数fは、例えば、
2.45GHz、13.56MHz等である。即ちこの
明細書では、高周波はマイクロ波を含む広い概念であ
る。図4〜図6中の細かい縦線は、この高周波信号53
の振動を示す。
An example of the structure of the high frequency power source 16a is shown in FIG.
Shown in. The high frequency power supply 16a includes a high frequency oscillator 52 that generates an original high frequency signal (also referred to as a carrier wave) 53, a modulator 54 that amplitude-modulates the high frequency signal 53 and outputs a high frequency signal 55, and this modulation. Bowl 54
A modulation signal generator 58 for supplying a modulation signal 59 for modulation to
And a high frequency amplifier 56 that amplifies the high frequency signal 55 output from the modulator 54 to a required output (power) and outputs the high frequency power 18. High frequency oscillator 52
The frequency f of the high frequency signal 53 output from
2.45 GHz, 13.56 MHz, etc. That is, in this specification, high frequency is a broad concept including microwaves. The fine vertical lines in FIGS. 4 to 6 indicate the high-frequency signal 53.
Shows the vibration of.

【0035】この高周波電源16aは、この例では、一
定振幅の高周波電力18を出力する連続波モードと、振
幅変調をかけた状態の高周波電力18を出力する変調波
モードとに切り換え可能である。振幅変調をかけた状態
というのは、換言すれば、相対的に出力(振幅)の大き
い状態と相対的に出力(振幅)の小さい状態とが一定の
周期で繰り返される状態のことである。この切り換え
は、この例では、変調信号発生器58から出力する変調
信号59の波形の切り換えによって行われる。即ち、変
調信号59を一定振幅の連続波とすることによって、連
続波モードにすることができ、変調信号59を所定波形
(例えば後述する余弦波、三角波、矩形波等)にするこ
とによって、変調波モードに切り換えることができる。
In this example, the high frequency power supply 16a can be switched between a continuous wave mode for outputting the high frequency power 18 having a constant amplitude and a modulation wave mode for outputting the high frequency power 18 in the amplitude-modulated state. In other words, the state in which the amplitude modulation is performed is a state in which a relatively large output (amplitude) state and a relatively small output (amplitude) state are repeated in a constant cycle. In this example, this switching is performed by switching the waveform of the modulation signal 59 output from the modulation signal generator 58. That is, the continuous wave mode can be set by setting the modulated signal 59 as a continuous wave having a constant amplitude, and the modulated signal 59 can be modulated by forming a predetermined waveform (for example, a cosine wave, a triangular wave, a rectangular wave described later). Can be switched to wave mode.

【0036】この例では、上記高周波電源16aを制御
して、それから出力する高周波電力18の変調波形、変
調周期T、振幅A、矩形波の場合のデューティ比d等を
制御する制御装置50を備えている。より具体的には、
制御装置50は、変調信号発生器58に指令情報を与え
て、それから出力する変調信号59の波形、周期T、矩
形波の場合のデューティ比d等を制御する。また、制御
装置50は、高周波増幅器56に指令情報を与えて、そ
れから出力する高周波電力18の振幅Aを制御する。
In this example, a control device 50 for controlling the high frequency power source 16a and controlling the modulation waveform, the modulation period T, the amplitude A, the duty ratio d in the case of a rectangular wave, etc. of the high frequency power 18 output from the high frequency power source 16a is provided. ing. More specifically,
The control device 50 gives command information to the modulation signal generator 58, and controls the waveform of the modulation signal 59 output therefrom, the period T, the duty ratio d in the case of a rectangular wave, and the like. Further, the control device 50 gives command information to the high frequency amplifier 56 to control the amplitude A of the high frequency power 18 output therefrom.

【0037】この制御装置50は、この例では更に、こ
の高周波電源16aのモードを、即ち当該高周波電源1
6aから出力する高周波電力18のモードを、前記プラ
ズマ発生装置20におけるプラズマ12の点火時は連続
波モードにし、同プラズマ12の点火後は変調波モード
に切り換える制御を行う機能を有している。
In this example, the control device 50 further sets the mode of the high frequency power source 16a, that is, the high frequency power source 1a.
It has a function of controlling the mode of the high frequency power 18 output from 6a to a continuous wave mode when the plasma 12 in the plasma generator 20 is ignited and to a modulated wave mode after the plasma 12 is ignited.

【0038】変調波モード時に高周波電源16aから出
力される高周波電力18の波形の例を図4〜図6にそれ
ぞれ示す。
Examples of the waveform of the high frequency power 18 output from the high frequency power supply 16a in the modulated wave mode are shown in FIGS.

【0039】図4は、正弦波状に変調された高周波電力
18の波形の一例を示す。この高周波電力18は、数1
の関数F(t)で表すことができる。ここで、fは前記
高周波信号53の周波数、tは時間、G(T,t)は前
記変調信号59を表す関数(変調関数)、Tはその周期
(変調周期)、Aは前記振幅である。変調周期Tは、一
般的に高周波信号53の周期(1/f)に比べて十分に
大きい。
FIG. 4 shows an example of the waveform of the high frequency power 18 modulated in a sine wave. This high frequency power 18 is
Can be expressed by a function F (t) of Here, f is the frequency of the high frequency signal 53, t is time, G (T, t) is a function (modulation function) representing the modulated signal 59, T is its period (modulation period), and A is the amplitude. . The modulation cycle T is generally sufficiently larger than the cycle (1 / f) of the high frequency signal 53.

【0040】[0040]

【数1】F(t)=G(T,t)・sin2πft G(T,t)=(A/2){1−cos2π(t/T)}## EQU1 ## F (t) = G (T, t) .sin2.pi.ft G (T, t) = (A / 2) {1-cos2π (t / T)}

【0041】図5は、三角波状に変調された高周波電力
18の波形の一例を示す。この高周波電力18は、数2
の関数F(t)で表すことができる。ここで、nは整数
である。
FIG. 5 shows an example of the waveform of the high frequency power 18 modulated in the triangular wave shape. This high frequency power 18 is
Can be expressed by a function F (t) of Here, n is an integer.

【0042】[0042]

【数2】 F(t)=G(T,t)・sin2πft G(T,t)=(2A/T)・(t−nT)・・・nT≦t<(n+1/2) Tの時 =A{1−(t−nT)/T}・・・(n+1/2)T≦t<( n+1)Tの時[Equation 2]   F (t) = G (T, t) · sin2πft   G (T, t) = (2A / T) · (t−nT) ... nT ≦ t <(n + 1/2)                 When T               = A {1- (t-nT) / T} (n + 1/2) T≤t <(                 When n + 1) T

【0043】図6は、矩形波状に変調された高周波電力
18の波形の一例を示す。この場合は、振幅Aの状態と
0の状態とが交互に繰り返される。この高周波電力18
は、数3の関数F(t)で表すことができる。ここで、
dはデューティ比であり、振幅Aの期間(オン期間)を
0 とすると、d=t0 /Tで表され、通常は0から1
までの値を取る。
FIG. 6 shows an example of the waveform of the high frequency power 18 modulated into a rectangular wave. In this case, the state of the amplitude A and the state of 0 are alternately repeated. This high frequency power 18
Can be expressed by the function F (t) of Equation 3. here,
d is a duty ratio, which is represented by d = t 0 / T when the period of the amplitude A (ON period) is t 0, and normally 0 to 1
Takes a value up to.

【0044】[0044]

【数3】 F(t)=G(T,t)・sin2πft G(T,t)=A・・・nT≦t<(n+d)Tの時 =0・・・(n+d)≦t<(n+1)Tの時[Equation 3]   F (t) = G (T, t) · sin2πft   G (T, t) = A ... When nT ≦ t <(n + d) T               = 0 ... (n + d) ≦ t <(n + 1) T

【0045】なお、上記各波形の高周波電力18におい
て、その最小振幅時の振幅は、上記各例のように完全に
0にせずに、0付近の値にしても良い。また、プラズマ
発生装置20におけるプラズマ12の点灯を最低限維持
することができる程度の値(これは上記振幅Aに比べて
小さい)にしても良い。
In the high frequency power 18 of each of the above waveforms, the amplitude at the minimum amplitude may be a value near 0 instead of being completely set to 0 as in the above examples. In addition, the value may be set to a value at which the lighting of the plasma 12 in the plasma generator 20 can be maintained at a minimum (this is smaller than the amplitude A).

【0046】変調波モード時の高周波電力18の波形
は、上記図4〜図6に示した例に限られるものではな
く、その他の波形でも良い。例えば、数1に示した変調
関数G(T,t)と数2に示した変調関数G(T,t)
とを掛け合わせたような変調関数で表される波形、即ち
正弦波と三角波とを合成したような波形であっても良
い。但し、いずれの波形の場合も、振幅が相対的に大き
い部分と相対的に小さい部分とが一定の周期で繰り返さ
れる波形であることは必要である。
The waveform of the high frequency electric power 18 in the modulated wave mode is not limited to the examples shown in FIGS. 4 to 6 but may be other waveforms. For example, the modulation function G (T, t) shown in equation 1 and the modulation function G (T, t) shown in equation 2
A waveform represented by a modulation function obtained by multiplying by, that is, a waveform obtained by combining a sine wave and a triangular wave may be used. However, in any of the waveforms, it is necessary that the portion having a relatively large amplitude and the portion having a relatively small amplitude be repeated in a constant cycle.

【0047】上記のような各種波形の内でも、高周波電
源16aの観点から言えば、図6に示したような矩形波
を出力するのが最も簡単である。従って、高周波電力1
8の波形を矩形波状にするのが、最も現実的であると言
える。
From the viewpoint of the high frequency power source 16a, it is the simplest to output the rectangular wave as shown in FIG. 6 among the various waveforms as described above. Therefore, high frequency power 1
It can be said that it is most realistic to make the waveform of 8 into a rectangular waveform.

【0048】高周波電源16aから連続波モードの高周
波電力18を出力する場合は、上記数1〜数3中の変調
関数G(T,t)が常時Aであると考えれば良い。
When the continuous wave mode high frequency power 18 is output from the high frequency power supply 16a, it can be considered that the modulation function G (T, t) in the above equations 1 to 3 is always A.

【0049】上記のような高周波電源16aを用いて、
プラズマ発生装置20に供給する高周波電力18の強さ
を、相対的にパワーの高い状態と相対的にパワーの低い
(例えば0付近の)状態との間で所定の周期で繰り返す
ことによって、前述したように、プラズマ12が消える
のを防止してプラズマ12を点灯させたままで、当該プ
ラズマ12中の電子エネルギーを低下させることができ
る。この電子エネルギーの低下によって、基板の帯電電
圧をより小さくすることができる。これによって、例え
ば、イオンビーム照射中の半導体デバイスの絶縁破壊を
防止して、半導体デバイス製造の歩留まりを向上させる
ことができる。また、半導体デバイスの微細化にも対応
することができる。
Using the high frequency power source 16a as described above,
The strength of the high-frequency power 18 supplied to the plasma generator 20 is repeated at a predetermined cycle between a relatively high power state and a relatively low power state (for example, near 0), so as to be described above. As described above, the electron energy in the plasma 12 can be reduced while the plasma 12 is prevented from extinguishing and the plasma 12 is kept on. Due to this decrease in electron energy, the charging voltage of the substrate can be made smaller. Thereby, for example, the dielectric breakdown of the semiconductor device during the irradiation of the ion beam can be prevented, and the yield of the semiconductor device manufacturing can be improved. Further, it is possible to cope with miniaturization of semiconductor devices.

【0050】特に、ECR放電を利用する場合は、前述
したように、電子サイクロトロン共鳴によって電子がよ
り高エネルギーに加速されやすいので、上記のような変
調波モードの高周波電力18を利用することによって、
プラズマ12中の電子エネルギーを低下させることによ
る効果は大きい。
In particular, when the ECR discharge is used, the electrons are likely to be accelerated to a higher energy by the electron cyclotron resonance as described above. Therefore, by using the high frequency power 18 in the modulated wave mode as described above,
The effect of reducing the electron energy in the plasma 12 is great.

【0051】また、従来の一定振幅の高周波電力を連続
して出力する高周波電源16を用いる場合に比べて、高
周波電源16aで消費する電力が少なくなり、装置の省
エネルギー化およびランニングコスト低減を図ることが
できる。
Further, the power consumed by the high-frequency power supply 16a is smaller than that in the case of using the conventional high-frequency power supply 16 which continuously outputs high-frequency power having a constant amplitude, so that energy saving of the device and running cost reduction can be achieved. You can

【0052】また、前記のような変調波モードでも、プ
ラズマ発生装置20においてプラズマ12を点火するこ
とはできるけれども、プラズマ点火時は、連続波モード
の方が、プラズマ密度の低下期間がないので、プラズマ
12をより容易にかつ確実に点火することができる。
Further, even in the modulated wave mode as described above, the plasma 12 can be ignited in the plasma generator 20, but in the plasma ignition, the continuous wave mode has no lowering period of the plasma density. The plasma 12 can be ignited more easily and reliably.

【0053】従って、この例のように、高周波電源16
aから出力する高周波電力18のモード切り換えを行う
構成を採用しておくことによって、プラズマ発生装置2
0におけるプラズマ12の点火がより容易かつ確実にな
る。しかも、プラズマ点火後は、変調波モードを用いる
ことによる上記と同様の作用効果を奏することができ
る。即ち、プラズマ12を点灯させたままで当該プラズ
マ12中の電子エネルギーを低下させることができる。
また、装置の省エネルギー化およびランニングコスト低
減を図ることができる。
Therefore, as in this example, the high frequency power source 16
By adopting a configuration for switching the mode of the high frequency power 18 output from a, the plasma generator 2
Ignition of the plasma 12 at 0 becomes easier and more reliable. Moreover, after plasma ignition, it is possible to obtain the same effects as the above by using the modulated wave mode. That is, the electron energy in the plasma 12 can be reduced while the plasma 12 is kept on.
In addition, it is possible to save energy of the device and reduce running costs.

【0054】ところで、変調波モード時の高周波電力1
8の変調周期Tは、あまり長くすると、高周波電力18
が印加されていない期間が長くなるので、プラズマ発生
装置20においてプラズマ12が消える恐れがある。逆
に、変調周期Tをあまり短くすると、プラズマ12中の
電子エネルギーが低下する間もなく再び高周波電力18
が印加されることになるので、プラズマ12中の電子エ
ネルギー低下の効果が薄れる。
By the way, the high frequency power 1 in the modulated wave mode 1
If the modulation cycle T of 8 is too long, the high frequency power 18
Since the period in which the voltage is not applied becomes long, the plasma 12 may be extinguished in the plasma generator 20. On the contrary, if the modulation cycle T is made too short, the high frequency power 18 will be supplied again immediately before the electron energy in the plasma 12 drops.
Is applied, the effect of lowering electron energy in the plasma 12 is diminished.

【0055】そこでこの変調周期Tの好ましい範囲につ
いて概略で考察すると、前述したように、高周波電力1
8のオフ期間(あるいはプラズマ12の点灯を維持でき
るしきい値以下の期間)が約30μs以上になると、プ
ラズマ12は消える。この30μsを変調周期Tに換算
すると、2倍の60μsになるが、これだと余裕が全く
ないので、20%程度の余裕を持たせると、変調周期T
は約50μs以下にするのが好ましい。変調周期Tの下
限は、例えば最大の20%として、約10μs以上にす
るのが好ましい。以上から、変調周期Tの概略的な好ま
しい範囲を示すと数4になり、それを変調周波数f
M (=1/T)で表すと数5となる。
Therefore, when the preferable range of the modulation period T is roughly considered, as described above, the high frequency power 1
When the off period 8 (or a period below the threshold value at which the plasma 12 can be kept on) is about 30 μs or more, the plasma 12 is extinguished. When this 30 μs is converted to the modulation period T, it doubles to 60 μs, but since there is no margin at all with this, the modulation period T
Is preferably about 50 μs or less. The lower limit of the modulation period T is, for example, 20% of the maximum, and is preferably about 10 μs or more. From the above, when a schematic preferable range of the modulation period T is shown, it becomes the formula 4, which is expressed by the modulation frequency f
When expressed by M (= 1 / T), the equation 5 is obtained.

【0056】[0056]

【数4】10≦T≦50 [μs][Equation 4] 10 ≦ T ≦ 50 [μs]

【0057】[0057]

【数5】20≦fM ≦100 [kHz][Equation 5] 20 ≦ f M ≦ 100 [kHz]

【0058】図1および図2に示したイオンビーム照射
装置において、矩形波状に変調した高周波電力18を用
いた場合の当該矩形波の変調周期Tおよびデューティ比
dの好ましい範囲について実験した結果を次に説明す
る。
In the ion beam irradiation apparatus shown in FIGS. 1 and 2, when the high frequency power 18 which is modulated in a rectangular wave is used, the experimental result of the preferable range of the modulation period T of the rectangular wave and the duty ratio d is shown below. Explained.

【0059】デューティ比dを0.5に固定しておい
て、変調周波数fM を変化させたときの、基板4の近傍
で観測される負の帯電電圧を図7に示す。この部分で
は、プラズマ12からのイオン電流と電子電流とを比較
した場合、圧倒的に電子電流の方が多いので、計測され
る電圧値はほぼ電子の最大エネルギーに等しい。この測
定時の高周波電力18の基本波周波数(即ち前記高周波
信号53の周波数f)は2.45GHz、高周波電力1
8のピークパワー(即ち図6の振幅A)は100W、導
入キセノンガス14の流量は0.2ccmとした。
FIG. 7 shows the negative charging voltage observed in the vicinity of the substrate 4 when the modulation frequency f M is changed with the duty ratio d fixed at 0.5. In this portion, when the ion current and the electron current from the plasma 12 are compared, the electron current is overwhelmingly larger, and thus the measured voltage value is almost equal to the maximum electron energy. At the time of this measurement, the fundamental wave frequency of the high frequency power 18 (that is, the frequency f of the high frequency signal 53) is 2.45 GHz, and the high frequency power 1
The peak power of No. 8 (that is, the amplitude A in FIG. 6) was 100 W, and the flow rate of the introduced xenon gas 14 was 0.2 ccm.

【0060】図7から分かるように、変調周波数fM
30kHz付近で帯電電圧が最も小さくなっている。こ
の理由を考察すると次のとおりである。即ち、変調周波
数f M が10kHz付近(変調周期Tで言えば100μ
s付近)では、高周波電力18のオン期間およびオフ期
間がいずれも50μs程度であるので、前述したよう
に、プラズマ12は点灯と消灯を繰り返し、またオン期
間も連続波モードにおいてプラズマ12が定常状態にな
る時間に近いので、この周波数付近では連続波モードと
同じ位の高い電子エネルギーが観測されている。プラズ
マ発生装置20の動作から考えると、この周波数付近で
はプラズマ12が消灯する時間を含むことになり、一時
的にプラズマ12から基板4への電子供給が0になるこ
ともあり、この10kHz付近は採用できない。
As can be seen from FIG. 7, the modulation frequency fMBut
The charging voltage is smallest around 30 kHz. This
The reason for this is as follows. That is, the modulation frequency
Number f MNear 10 kHz (modulation cycle T is 100 μ
s), the high frequency power 18 is on and off
Since all the intervals are about 50 μs, as described above.
In addition, the plasma 12 is repeatedly turned on and off, and is turned on again.
In the continuous wave mode as well, the plasma 12 is in a steady state.
It is close to the continuous wave mode near this frequency.
The same high electron energy has been observed. Plas
Considering the operation of the generator 20, in the vicinity of this frequency
Will include the time when the plasma 12 is turned off.
The electron supply from the plasma 12 to the substrate 4 becomes zero.
Therefore, it is not possible to adopt around this 10 kHz.

【0061】変調周波数fM を10kHzから上げて行
くと、次第にプラズマ12は常時点灯状態になる。この
状態では、高周波電力18のオン期間が短くなり、更に
高周波電力18のオフ時にプラズマ12中の中性粒子と
衝突しながら電子は減速され、低エネルギー電子が生成
され、それによって負の帯電電圧が小さくなる。
When the modulation frequency f M is increased from 10 kHz, the plasma 12 is gradually turned on. In this state, the on period of the high frequency power 18 becomes shorter, and when the high frequency power 18 is turned off, the electrons are decelerated while colliding with the neutral particles in the plasma 12, and low energy electrons are generated, whereby a negative charging voltage is generated. Becomes smaller.

【0062】一方、変調周波数fM が30kHzを越え
ると、再び負の帯電電圧が上昇する傾向が見られる。こ
のメカニズムについては、現状では良く分かっていない
が、高周波電力18のオフによる電子の減速時間が短く
なるからではないかと推測される。
On the other hand, when the modulation frequency f M exceeds 30 kHz, the negative charging voltage tends to increase again. Although this mechanism is not well understood at present, it is presumed that the deceleration time of electrons due to turning off the high frequency power 18 is shortened.

【0063】いずれにしても、変調周波数fM の大小に
よってプラズマ12中の電子エネルギーが変化し、それ
に伴って負の帯電電圧も変化するので、変調周波数fM
に好ましい範囲があることが実験によっても確かめられ
た。例えば、基板4の表面の半導体デバイスにイオンビ
ーム照射(イオン注入)するときに要求される帯電電圧
の最大値が8Vであるとすると、図7から分かるよう
に、変調周波数fM の好ましい範囲は、デューティ比d
が0.5の場合、25kHz〜80kHzの範囲であ
る。
In any case, since the electron energy in the plasma 12 changes depending on the magnitude of the modulation frequency f M , and the negative charging voltage also changes accordingly, the modulation frequency f M
It was also confirmed by experiments that there is a preferable range for. For example, if the maximum value of the charging voltage required when ion beam irradiation (ion implantation) is performed on the semiconductor device on the surface of the substrate 4 is 8 V, as shown in FIG. 7, the preferable range of the modulation frequency f M is , Duty ratio d
Is 0.5, the range is 25 kHz to 80 kHz.

【0064】変調周波数fM を変化させることは、即ち
高周波電力18のオン期間およびオフ期間の長さを変え
ることであるが、これは矩形波ではデューティ比dを変
えることによっても実現することができる。例えば、変
調周波数fM を50kHzに固定しておいて、デューテ
ィ比dを変化させたときの、基板4の近傍で観測される
負の帯電電圧を図8に示す。デューティ比dを大きくす
ると次第に帯電電圧が大きくなることが分かる。上記と
同様に、帯電電圧の最大値を8Vとすると、この場合の
デューティ比dは0.7以下が好ましい。但し、デュー
ティ比dをあまり小さくするとプラズマ12の密度が下
がってしまうので、デューティ比dは0.3以上が好ま
しい。即ち、デューティ比dの好ましい範囲は、変調周
波数fMが50kHzの場合、0.3〜0.7の範囲で
ある。
The modulation frequency f M is changed, that is, the length of the ON period and the OFF period of the high frequency power 18 is changed, and this can be realized by changing the duty ratio d in the rectangular wave. it can. For example, FIG. 8 shows the negative charging voltage observed in the vicinity of the substrate 4 when the modulation frequency f M is fixed at 50 kHz and the duty ratio d is changed. It can be seen that the charging voltage gradually increases as the duty ratio d increases. Similarly to the above, when the maximum value of the charging voltage is 8 V, the duty ratio d in this case is preferably 0.7 or less. However, if the duty ratio d is made too small, the density of the plasma 12 decreases, so the duty ratio d is preferably 0.3 or more. That is, the preferable range of the duty ratio d is a range of 0.3 to 0.7 when the modulation frequency f M is 50 kHz.

【0065】矩形波の場合の上記変調周波数fM および
デューティ比dを総合すると、上記のような条件下で
は、上記のような好ましい範囲の内でも、変調周波数f
M を30〜50kHz程度にし、デューティ比dを0.
4〜0.5程度にするのがより好ましいと言うことがで
きる。
When the modulation frequency f M and the duty ratio d in the case of a rectangular wave are summed up, under the above-mentioned conditions, the modulation frequency f M is within the preferable range as described above.
M is set to about 30 to 50 kHz, and the duty ratio d is set to 0.
It can be said that it is more preferable to set it to about 4 to 0.5.

【0066】なお、プラズマ生成容器22には、図2に
示す例のように、直流の引出し電源42から負または正
の引出し電圧VE を印加するようにしても良い。そのよ
うにすれば、この引出し電圧VE の大きさおよび極性に
よって、プラズマ発生装置20から放出されるプラズマ
12中のイオンの量および電子の量を制御することがで
き、それによって基板表面の帯電状況を制御することが
できる。
It should be noted that, as in the example shown in FIG. 2, a negative or positive extraction voltage V E may be applied to the plasma generation container 22 from a DC extraction power source 42. By doing so, the amount of ions and the amount of electrons in the plasma 12 emitted from the plasma generation device 20 can be controlled by the magnitude and polarity of the extraction voltage V E , whereby the surface of the substrate is charged. You can control the situation.

【0067】プラズマ発生装置20は、図1および図2
に示した例の構造のものが前記理由から好ましいけれど
も、それに限られるものではなく、図9に示した構造や
その他の構造のものでも良い。
The plasma generator 20 is shown in FIGS.
Although the structure shown in FIG. 9 is preferable for the above reason, the structure is not limited thereto, and the structure shown in FIG. 9 and other structures may be used.

【0068】プラズマ発生装置20は、イオンビーム2
により近づけるために、真空容器8内に設けても良い。
あるいは、真空容器8内に挿入した筒内にプラズマ発生
装置20を設けても良い。そのようにすれば、プラズマ
12をイオンビーム2およびそれを含むビームプラズマ
により近くからより効果的に供給して、プラズマ12を
帯電抑制により効果的に利用することができる。
The plasma generator 20 uses the ion beam 2
It may be provided in the vacuum container 8 in order to bring it closer.
Alternatively, the plasma generator 20 may be provided in a cylinder inserted into the vacuum container 8. By doing so, it is possible to more effectively supply the plasma 12 to the ion beam 2 and the beam plasma containing the ion beam from nearer, and to use the plasma 12 more effectively by suppressing charging.

【0069】プラズマ生成容器22の内壁は、プラズマ
12のスパッタリングによる金属汚染や、アンテナ30
に導電性スパッタ物が付着すること等を防止するため
に、絶縁物で覆っておいても良い。
The inner wall of the plasma generating container 22 has metal contamination due to sputtering of the plasma 12 and the antenna 30.
It may be covered with an insulating material in order to prevent the conductive sputtered material from adhering thereto.

【0070】[0070]

【発明の効果】この発明は、上記のとおり構成されてい
るので、次のような効果を奏する。
Since the present invention is configured as described above, it has the following effects.

【0071】請求項1記載の発明によれば、上記のよう
な高周波電源を備えているので、高周波放電型のプラズ
マ発生装置においてプラズマを点灯させたままで、当該
プラズマ中の電子エネルギーを低下させることができ
る。その結果、基板の帯電電圧をより小さくすることが
できる。
According to the first aspect of the present invention, since the high-frequency power source as described above is provided, it is possible to reduce the electron energy in the high-frequency discharge type plasma generator while the plasma is turned on. You can As a result, the charging voltage of the substrate can be made smaller.

【0072】また、従来の一定振幅の高周波電力を連続
して出力する高周波電源を用いる場合に比べて、高周波
電源で消費する電力が少なくなり、装置の省エネルギー
化およびランニングコスト低減を図ることができる。
Further, as compared with the conventional case of using a high frequency power source which continuously outputs a high frequency power of a constant amplitude, the power consumed by the high frequency power source is reduced, and the energy saving of the device and the running cost can be reduced. .

【0073】請求項2記載の発明によれば、上記のよう
な高周波電源および制御装置を備えていて、プラズマ発
生装置におけるプラズマの点火時の高周波電力は連続波
モードにされるので、プラズマの点火がより容易かつ確
実になる。しかも、プラズマ点火後の高周波電力は変調
波モードに切り換えられるので、プラズマ点火後に関し
ては、請求項1記載の発明と同様の効果を奏することが
できる。
According to the second aspect of the present invention, since the high frequency power supply and the control device as described above are provided and the high frequency power at the time of plasma ignition in the plasma generator is set to the continuous wave mode, the plasma ignition is performed. Will be easier and more reliable. Moreover, since the high frequency power after plasma ignition is switched to the modulated wave mode, after plasma ignition, the same effect as the invention according to claim 1 can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明に係るイオンビーム照射装置の一例を
示す側面図である。
FIG. 1 is a side view showing an example of an ion beam irradiation apparatus according to the present invention.

【図2】図1の線C−Cに沿う断面図である。2 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG.

【図3】図1中の高周波電源の構成の一例を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a configuration of a high frequency power supply in FIG.

【図4】正弦波状に変調された高周波電力の波形の一例
を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example of a waveform of high-frequency power modulated in a sine wave shape.

【図5】三角波状に変調された高周波電力の波形の一例
を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a waveform of high frequency power modulated in a triangular wave shape.

【図6】矩形波状に変調された高周波電力の波形の一例
を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an example of a waveform of high-frequency power modulated into a rectangular wave shape.

【図7】矩形波状に変調された高周波電力を用いた場合
のその変調周波数と、基板近傍で観測される負の帯電電
圧との関係を測定した結果の一例を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing an example of a result of measurement of a relationship between a modulation frequency of a high frequency power modulated in a rectangular wave shape and a negative charging voltage observed near the substrate.

【図8】矩形波状に変調された高周波電力を用いた場合
のそのデューティ比と、基板近傍で観測される負の帯電
電圧との関係を測定した結果の一例を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing an example of a result of measuring a relationship between a duty ratio of a high frequency power modulated in a rectangular wave shape and a negative charging voltage observed near the substrate.

【図9】従来のイオンビーム照射装置の一例を示す側面
図である。
FIG. 9 is a side view showing an example of a conventional ion beam irradiation apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 イオンビーム 4 基板 12 プラズマ 16a 高周波電源 18 高周波電力 20 プラズマ発生装置 50 制御装置 2 ion beam 4 substrates 12 plasma 16a high frequency power supply 18 High frequency power 20 Plasma generator 50 controller

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H05H 1/46 H01L 21/265 N ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H05H 1/46 H01L 21/265 N

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 イオンビームを基板に照射して処理を施
すイオンビーム照射装置であって、高周波放電によって
プラズマを生成して当該プラズマを前記基板の上流側近
傍に供給して、イオンビーム照射に伴う基板表面の帯電
を抑制するプラズマ発生装置と、このプラズマ発生装置
にプラズマ発生用の高周波電力を供給する高周波電源と
を備えるイオンビーム照射装置において、前記高周波電
源を、元になる高周波信号に振幅変調をかけた状態の高
周波電力を出力する高周波電源としたことを特徴とする
イオンビーム照射装置。
1. An ion beam irradiation device for irradiating a substrate with an ion beam for processing, wherein plasma is generated by high-frequency discharge and the plasma is supplied near the upstream side of the substrate for ion beam irradiation. In an ion beam irradiation apparatus equipped with a plasma generator that suppresses electrification of a substrate surface that accompanies it, and a high-frequency power supply that supplies high-frequency power for plasma generation to the plasma generator, the high-frequency power supply is applied to an original high-frequency signal. An ion beam irradiation apparatus, which is a high-frequency power source that outputs high-frequency power in a modulated state.
【請求項2】 イオンビームを基板に照射して処理を施
すイオンビーム照射装置であって、高周波放電によって
プラズマを生成して当該プラズマを前記基板の上流側近
傍に供給して、イオンビーム照射に伴う基板表面の帯電
を抑制するプラズマ発生装置と、このプラズマ発生装置
にプラズマ発生用の高周波電力を供給する高周波電源と
を備えるイオンビーム照射装置において、前記高周波電
源を、一定振幅の高周波電力を出力する連続波モード
と、元になる高周波信号に振幅変調をかけた状態の高周
波電力を出力する変調波モードとに切り換え可能な高周
波電源とし、かつ当該高周波電源のモードを、前記プラ
ズマ発生装置におけるプラズマの点火時は前記連続波モ
ードにし、同プラズマの点火後は前記変調波モードに切
り換える制御を行う制御装置を備えていることを特徴と
するイオンビーム照射装置。
2. An ion beam irradiation apparatus for irradiating a substrate with an ion beam for processing, wherein plasma is generated by high-frequency discharge and the plasma is supplied near the upstream side of the substrate for ion beam irradiation. An ion beam irradiation apparatus comprising: a plasma generator that suppresses electrification of a substrate surface, and a high-frequency power source that supplies high-frequency power for plasma generation to the plasma generator, wherein the high-frequency power source outputs high-frequency power with a constant amplitude. A continuous wave mode for switching between a continuous wave mode and a modulated wave mode for outputting a high frequency power in a state where the original high frequency signal is amplitude-modulated, and the mode of the high frequency power source is the plasma in the plasma generator. The control is such that the continuous wave mode is set at the time of ignition and the modulation wave mode is set after the plasma is ignited. An ion beam irradiation device, which is equipped with a control device.
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